Основные равновесные диаграммы состояния двойных систем. Правило отрезков

Рассмотрим типовые примеры диаграмм состояния двойных систем, обращая особое внимание на фазовые превращения в твердом состоянии.

Диаграмма состояния позволяет проследить не только за фазовыми превращениями в сплаве, но и определить химический состав и количественное соотношение фаз при любой температуре и концентрации компонентов. Для этого используют правило отрезков.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях.

Диаграмма фазового равновесия с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии, построенная в координатах температура - концентрация, имеет простой вид и состоит из двух линий: верхняя соответствует началу кристаллизации всех сплавов системы (ликвидус), а нижняя - завершению их кристаллизации (солидус) (рис. 3.5). Полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна только в том случае, когда оба компонента имеют одинаковый тип кристаллической решетки и атомные радиусы компонентов мало отличаются по размерам. Выше ликвидуса расположена область однородного жидкого раствора (Ж), ниже солиду- са - область однородного a-твердого раствора. Между ликвидусом и со- лидусом заключена двухфазная область (Ж + а) - протекает процесс кристаллизации.

Сплавы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Рис. 3.5. Сплавы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях: а - диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии; б - кривая охлаждения типичных сплавов; в - структуры сплава при различных температурах

Рассмотрим процесс кристаллизации одного из сплавов этой системы состава точки (<d) (рис. 3.5). До точки 1 сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 из жидкой фазы начинает кристаллизоваться а- твердый раствор. В отличие от чистых металлов, кристаллизация которых протекает при постоянной температуре, процесс кристаллизации сплавов происходит в интервале температур, так как, в соответствии с правилом фаз, в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз числ о степеней свободы равно 1 (С = 2- 2+ 1).В процессе кристаллизации сплава в интервале температур 1-2 происходит изменение концентрации компонентов в фазах и количественного соотношения фаз: химический состав жидкой фазы изменяется согласно линии ликвидус, а химический состав твердого раствора - по линии солидус; количество жидкой фазы уменьшается, а твердой возрастает. При достижении точки 2 кристаллизация сплава заканчивается, ниже точки 2 происходит охлаждение сплава в твердом состоянии. Конечная структура сплава при комнатной температуре состоит из однородных кристаллов a-твердого раствора.

Правило отрезков. Имея диаграмму состояния, можно проследить за фазовыми превращениями любого сплава и указать состав и количественное соотношение фаз при любой температуре.

Для проведения количественного структурно-фазового анализа через заданную точку (т), характеризующую состояние сплава, необходимо провести горизонталь (;коноду) до пересечения с ближайшими линиями, ограничивающими данную область, - линия стп (см. рис 3.5, а).

Определение состава фаз в точке т.

Состав жидкой фазы определяется проекцией точки с на ось концентраций точка с'. Состав твердой фазы определяется проекцией точки п на ось концентраций точка п.

Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус, а состав твердой фазы - по линии солидус.

С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В.

Определение количественного соотношения жидкой и твердой фазы при заданной температуре (в точке т).

Количественное соотношение фаз обратно пропорционально отрезкам проведенной коноды. Рассмотрим проведенную через точку т коноду и ее отрезки.

Количество всего сплава (Qcn) определяется отрезком сп.

Отрезок, прилегающий к линии ликвидус cm, определяет количество твердой фазы, %:

Отрезок, прилегающий к линии солидус (или к оси компонента) тп, определяет количество жидкой фазы, %:

Проведение количественного структурно-фазового анализа справедливо для любой двухфазной области диаграммы состояния и не имеет смысла в однофазной области.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику

Рис. 3.6. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >